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精密零件加工-车床的数字控制


                                                                                             精密零件加工-车床的数字控制

精密零件加工的先进制造技术中的一个基本的概念是数字控制(NC)。在数控技术出现之前,所有的机床都是由人工操纵和控制的。在与人工控制的机床有关的很多局限性中,操作者的技能大概是最突出的问题。采用人工控制是,产品的质量直接与操作者的技能有关。数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步。数字控制意味着采用预先录制的、存储的符号指令来控制机床和其他制造系统。一个数控技师的工作不是去操纵机床,而是编写能够发出机床操纵指令的程序。对于一台数控机床,其上必须安有一个被称为阅读机的界面装置,用来接受和解译出编程指令。发展数控技术是为了克服人类操作者的局限性,而且它确实完成了这项工作。数字控制的机器比人工操纵的机器精度更高、生产出零件的一致性更好、生产速度更快、而且长期的工艺装备成本更低。数控技术的发展导致了制造工艺中其他几项新发明的产生:

电火花加工技术、激光切割、电子束焊接数字控制还使得机床比它们采用有人工操的前辈们的用途更为广泛。

一台数控机床可以自动生产很多类的零件,每一个零件都可以有不同的和复杂的加工过程。数控可以使生产厂家承担那些对于采用人工控制的机床和工艺来说,在经济上是不划算的产品生产任务。同许多先进技术一样,数控诞生于麻省理工学院的实验室中。数控这个概念是50年代初在美国空军的资助下提出来的。在其最初的价段,数控机床可以经济和有效地进行直线切割。然而,曲线轨迹成为机床加工的一个问题,在编程时应该采用一系列的水平与竖直的台阶来生成曲线。构成台阶的每一个线段越短,曲线就越光滑。台阶中的每一个线段都必须经过计算。在这个问题促使下,于1959年诞生了自动编程工具(APT)语言。这是一个专门适用于数控的编程语言,使用类似于英语的语句来定义零件的几何形状,描述切削刀具的形状和规定必要的运动。APT语言的研究和发展是在数控技术进一步发展过程中的一大进步。最初的数控系统下今天应用的数控系统是有很大差别的。在那时的机床中,只有硬线逻辑电路。指令程序写在穿孔纸带上(它后来被塑料带所取代),采用带阅读机将写在纸带或磁带上的指令给机器翻译出来。所有这些共同构成了机床数字控制方面的巨大进步。然而,在数控发展的这个阶段中还存在着许多问题。

一个主要问题是穿孔纸带的易损坏性。在机械加工过程中,载有编程指令信息的纸带断裂和被撕坏是常见的事情。在机床上每加工一个零件,都需要将载有编程指令的纸带放入阅读机中重新运行一次。因此,这个问题变得很严重。如果需要制造100个某种零件,则应该将纸带分别通过阅读机100次。易损坏的纸带显然不能承受严配的车间环境和这种重复使用。

这就导致了一种专门的塑料磁带的研制。在纸带上通过采用一系列的小孔来载有编程指令,而在塑料带上通过采用一系列的磁点眯载有编程指令。塑料带的强度比纸带的强度要高很多,这就可以解决常见的撕坏和断裂问题。然而,它仍然存在着两个问题。其中最重要的一个问题是,对输入到带中指令进行修改是非常困难的,或者是根本不可能的。即使对指令程序进行最微小的调整,也必须中断加工,制作一条新带。而且带通过阅读机的次数还必须与需要加工的零件的个数相同。幸运的是,计算机技术的实际应用很快解决了数控技术中与穿孔纸带和塑料带有关的问题。

在形成了直接数字控制(DNC)这个概念之后,可以不再采用纸带或塑料带作为编程指令的载体,这样就解决了与之有关的问题。在直接数字控制中,几台机床通过数据传输线路联接到一台主计算机上。操纵这些机床所需要的程序都存储在这台主计算机中。当需要时,通过数据传输线路提供给每台机床。直接数字控制是在穿孔纸带和塑料带基础上的一大进步。然而,它敢有着同其他信赖于主计算机技术一样的局限性。当主计算机出现故障时,由其控制的所有机床都将停止工作。这个问题促使了计算机数字控制技术的产生。

微处理器的发展为可编程逻辑控制器和微型计算机的发展做好了准备。这两种技术为计算机数控(CNC)的发打下了基础。采用CNC技术后,每台机床上都有一个可编程逻辑控制器或者微机对其进行数字控制。这可以使得程序被输入和存储在每台机床内部。它还可以在机床以外编制程序,并将其下载到每台机床中。计算机数控解决了主计算机发生故障所带来的问题,但是它产生了另一个被称为数据管理的问题。同一个程序可能要分别装入十个相互之间没有通讯联系的微机中。这个问题目前正在解决之中,它是通过采用局部区域网络将各个微机联接起来,以得于更好地进行数据管理。

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